3. 次世代高速トランスポートプロトコルに関する研究

エンドホスト間でデータを高速に，かつ効率よく転送するための中心技術がトランスポートプロトコルである．特にインターネットで用いられているTCPでは，エンドホストがネットワークの輻輳状態を自律的に検知して転送率を決定している．これは，インターネットの基本思想であるEnd-to-end principleの核になっているものであるが，エンドホストの高速化により，その適応性をより高度なものにできる可能性が十分にある．本研究テーマでは，そのようなトランスポートプロトコルそのものに関する研究，および，そのようなトランスポートプロトコルを用いるアプリケーションシステムの性能向上に関する研究に取り組んでいる．

3.1 TCPの特性に基づくネットワークの性能評価手法に関する研究

3.1.1 トランスポートプロトコルの多様な環境への適応性に関する研究

IEEE802.11に基づく無線LANにおいては，CSMA/CA により無線LAN 内の各端末が無線媒体にアクセスする機会は等しいため，端末間のMAC レベルにおける公平性は確保される．しかし，アクセスポイントから無線端末への通信は1 台のアクセスポイントによる通信であるのに対し，その逆向きの通信は複数台の無線端末による通信であるため，アクセスポイントから無線端末への通信とその逆向きの通信ではアクセス機会に不均等が生じる．これは，CSMA/CA によって実現されるMAC レベルにおける端末間の公平性が上位レイヤにおける公平性に直接つながらないことを意味している．このことは，トランスポート層としてTCPを用いた場合には大きな問題となり，上りフロー間，および上りフローと下りフロー間に深刻な不公平が発生することが指摘されている．

そこで本研究では，不公平性を改善するための手法として，ACKパケットの損失に対して輻輳制御を行う手法を提案し，その有効性をシミュレーションおよび実装実験によって検証した．その結果，提案手法が上りフロー間の不公平に対して有効であるだけではなく，上下フロー間の不公平に関しても一定の改善を行うことができることがわかった．

上記のようなフロー間の公平性に関する検討においては，公平性の定義が重要となる．従来の公平性の定義では，無線LAN内の競合するフローが獲得する無線帯域を等しく獲得することを公平であるとしていた．しかし，無線LAN 環境における公平性を改善する手法は，公平性を改善する一方でネットワークスループットが低下することがある．そのため，ネットワークスループットが高ければ公平性が損なわれても許容できるのか，あるいは逆に，公平性が高ければスループットは損なわれても許容できるか，といった，スループットと公平性との間のトレードオフの議論が必要である．しかし，従来指標ではこのトレードオフ関係を評価することができない．このため，無線LAN 環境における公平性の評価の際には無線帯域の利用効率を含めた新しい指標が必要である．

そこで本研究では，ネットワーク帯域の利用効率を考慮した新しい公平性指標を提案した．提案指標はJainのFairness Indexを基とし，ネットワーク帯域の利用効率が指標に反映されるように改良行った．さらに，上述の公平性改善手法を，提案した指標を用いて評価を行った結果，提案手法が公平性とネットワーク帯域間のトレードオフ関係を大幅に改善できることを明らかにした．

[関連発表論文]

3.1.2 インターネットにおける輻輳制御機構の環境変動への耐性向上

われわれは，インライン計測技術を用いて帯域に関する情報を取得し，その情報を用いてウィンドウサイズ制御を行うことによって，従来のTCP Renoにおける問題を本質的に改善するための新たなTCPの輻輳制御方式を提案している．

ウィンドウサイズ制御のアルゴリズムは，帯域に関する情報を用いることによってウィンドウサイズを適切な値にすばやく調節すること，および他のコネクションが競合する際に公平に帯域を分配できることを目的として設計する必要がある．そのために，数理生態学において生物の個体数の変化を表すモデルとして有名なロジスティック増殖モデル，およびロトカ・ヴォルテラ競争モデルを適用した．これらのモデルをTCPのウィンドウサイズ制御へ適用するために，生物の個体数をデータ転送速度に，個体数の収束値である環境容量を物理帯域に，および種間の競争を同一リンク上の複数コネクションの競合にそれぞれ変換する．

このような計測結果に基づく輻輳制御方式の性能が，利用可能帯域などの計測精度やネットワーク環境の変動に大きく影響を受けることに着目した．そこで，その改善方法として，計測した利用可能帯域の変動の大きさに応じて動的にパラメータを設定する方法，および意図的にノイズを加えてウィンドウサイズを振動させることにより，環境変動に対応する方法を提案した．これらにより，提案手法の基本的な性質を変えることなく，利用可能帯域の計測に含まれうる誤差や環境変動の影響を緩和できることを明らかにした．

[関連発表論文]

3.2 トランスポートプロトコルの特性を利用したアプリケーションシステムの性能向上に関する研究

3.2.1 トランスポートプロトコルの改良によるシンクライアントシステムの性能向上に関する研究

シンクライアントシステムとは，クライアントからキーボード・マウスイベントを送信し，サーバから処理結果の画面情報を受信するシステムを指し，そのトラヒックは，文字情報に相当するインタラクティブな特性のトラヒックと，ウィンドウなどの画面情報に相当するバルク転送的な特性のトラヒックに大別できる．本研究においては，前者に対してパケットロスへの耐性向上を課題として，データパケットの複製同時送信を提案し，後者に対しては，スループットの向上を課題として，TCPのスロースタート再スタート（SSR）の影響を評価するとともに，データセグメントの再構成手法に関する検討を行った．

提案方式の有効性を評価するために，実システムから抽出したトラヒックを用いてシミュレーションを行い，インタラクティブデータフローの遅延の要因は，ボトルネックリンクに接続するルータでのキューイング遅延と，サーバのTCP送信バッファにおける遅延であることを示した．次に，インタラクティブデータフローの優先制御を行うとともに，TCP SACKオプションを利用した場合は，平均遅延時間は改善されるが，数秒の遅延が発生することを示した．さらに，その改善のため，TCPの再送タイムアウト値計算の修正と，TCP SACKオプションの一時的停止を提案し，数秒の遅延が解消されることを示した．

[関連発表論文]